Questões Sobre Termologia - Física - concurso

A alternativa correta é letra C) a chama é mais fria.

Apesar do longo enunciado, a questão quer basicamente uma análise pautada na fórmula: 

v = lambda times f

E, também, uma análise das cores envolvidas.

Deixei abaixo um quadro que demonstra como varia o comprimento de onda e a frequência inversamente proporcional as cores.

Não precisa guardar a faixa de valor, apenas guardem a ordem (laranja com maior comprimento de onda que azul, por exemplo).

a)  a luz emitida pela chama se propaga pelo ar com maior velocidade.

ERRADO. A velocidade com que elas se propagam pelo ar são iguais (3 times 10^8 , m/s)

b)  a chama emite mais energia.

ERRADO. "quanto mais energia, menor é o comprimento de onda e mais quente é a chama que emite a luz". Pessoal, a chama seria a parte mais alaranjada. Como o comprimento de onda é maior (olhar quadro), ela emite menos energia.

c)  a chama é mais fria.

CORRETA. Agora sim, pessoal. Como a chama (parte laranja) tem maior comprimento de onda, ela tem menor energia. Quando falamos de queima, energia equivale a calor. Sendo assim, a chama de menor energia tende a ser "mais fria".

A sensação de "frieza" aqui tem a ver com o fluxo de calor que sentimos, e não a temperatura, por isso coloquei as aspas.

d)  a luz emitida pela chama tem maior frequência.

ERRADA. Como a chama (laranja) tem maior comprimento de onda, ela tem menor frequência, pois são inversamente proporcionais.

v = lambda f

e)  a luz emitida pela chama tem menor comprimento de onda.

ERRADA. A cor alaranjada (chama) tem maior comprimento de onda.

Gabarito: LETRA C.

A alternativa correta é letra C) – 12 °C

Pessoal, a transformação de Fahrenheit para Celsius é feita por meio de

C=dfrac{5(F-32)}{9}

Logo,

C = dfrac{5 (10,4 -32)}{9}

C =dfrac{-108}{9} = - 12 ^o C

Gabarito: LETRA C.

A alternativa correta é letra B)  10,5

Vamos inicialmente calcular a potência dissipada no resistor operando nessas condições.

P = r cdot i^2

P = 4 cdot 10^2

bbox[8px, border: 1px solid black]{color{black}{P = 400mbox{ W}}}

Calculando agora a quantidade de calor necessária para aquecer a água até a temperatura de 80^circ C:

Q = m cdot c cdot Delta theta

Q = 1,000 cdot 4,2 cdot (80-20)

Q = 4,200 cdot 60

bbox[8px, border: 1px solid black]{color{black}{Q = 252,000 mbox{ J}}}

Considerando que toda a energia dissipada no resistor será convertida em calor e absorvida pela água, podemos calcular o tempo (Delta t) necessário para o resistor fornecer essa quantidade de energia:

P = dfrac{ Q}{Delta t} ;;; implies ;;; bbox[8px, border: 1px solid black]{color{black}{Delta t = dfrac{ Q}{P}}}

Delta t = dfrac{ 252,000}{400}=dfrac{ 252,0cancel{00}}{4cancel{00}} = dfrac{2,520}{4} = 630 mbox{ s}

Delta t = 630 div 60

bbox[8px, border: 2px solid black]{color{#3498db}{Delta t = 10,5 mbox{ minutos}}}

Portanto o intervalo de tempo para a temperatura da água aumentar até 80,0ºC é de 10,5 minutos.

A alternativa correta é letra C)  40

Vamos inicialmente calcular a potência do aquecedor utilizado. Como a massa específica da água é 1000 g/L, a massa contida no recipiente A é m_A = 2,000,g, sendo a temperatura inicial do recipiente A (theta_{i_A} = 20^circ C), a temperatura final (theta_{f_A} = 60^circ C)  , o tempo de aquecimento (Delta t_1 = 80,s) e o calor específico sensível da água igual a (c=1, cal/g^circ C) temos:

Pot = dfrac{Q_A}{Delta t_1}

Pot = dfrac{m_A cdot c cdot Delta theta}{Delta t_1}

Pot = dfrac{2,000 cdot 1 cdot (60-20)}{80}

Pot = 1,000 , cal/s

Para devemos encontrar a temperatura de equilíbrio no recipiente B (T) após adicionarmos 1000 g de água a 60^circ,C nele. Como as quantidades de líquido misturadas são iguais (1000 g) e o líquido é o mesmo (mesmo calor específico) podemos afirmar que a temperatura de equilíbrio será a média entre as temperaturas dos líquidos misturados, ou seja:

T = dfrac{theta_{i_B}+theta_{f_A}}{2}

T = dfrac{20+60}{2} = dfrac{80}{2}

T = 40^circ,C

Aplicando a equação de equilíbrio térmico para confirmar o resultado acima:

Q_{small{cedido}}+Q_{small{recebido}}=0

1,000 cdot 1 cdot (T-60) + 1,000 cdot 1 cdot (T-20)=0

T-60+T-20 = 0

T = 80

T = 40,^circ C

Portanto a temperatura de equilíbrio do recipiente B (T) após a transferência de 1 litro de água do recipiente A para o B é de 40^circ C.

Por fim, calculando o tempo (Delta T_2) para obtermos um volume de 2 litros de água na temperatura T = 40^circ,C à partir das condições iniciais:     

Pot = dfrac{Q}{Delta t_2}

1,000 = dfrac{2,000 cdot 1 cdot (40-20)}{Delta t_2}

Delta t_2 = 2 cdot 20

Delta t_2 = 40,s

Logo, para obtermos 2 litros de água à temperatura T = 40^circ C à partir das condições iniciais seria necessário utilizar o aquecedor por um tempo de aproximadamente 40 segundos.

A alternativa correta é letra A)

Gabarito: LETRA A.

Sabemos que a capacidade térmica é dada pela razão entre o calor Q fornecido e a variação de temperatura Delta T observada:

C = dfrac Q { Delta T } tag 1

Do enunciado, temos que:

Q_x gt Q_y

Assim, substituindo a equação (1), podemos escrever:

C_x cdot cancel { Delta T } gt C_y cdot cancel { Delta T }

C_x gt C_y tag 2

Da equação (1), podemos escrever:

C = dfrac { mc cancel { Delta T } } { cancel { Delta T } }

C = mc tag 3

Onde c é o calor específico. Como as amostras X e Y são compostas do mesmo material, podemos afirmar que c_x = c_y. Assim, substituindo a equação (3) em (2), temos

m_x cdot cancel { c_x } gt m_y cdot cancel { c_y }

m_x gt m_y

Portanto, a resposta correta é a alternativa (a).

A alternativa correta é letra C) 2.

Gabarito: LETRA C.

Quando uma corrente elétrica passa por um resistor, há dissipação de energia em forma de calor devido à resistência do material. Isso significa que a energia elétrica que passa pelo resistor é convertida em energia térmica, proporcionando o aumento da temperatura da água que está em contato com ele.

Sabemos que a energia E consumida pelo circuito está relacionada com a potência elétrica P através da seguinte equação:

P = dfrac { E } { Delta t }

Porém, essa energia é convertida em calor sensível, uma vez que há variação na temperatura. Assim, podemos escrever:

P = dfrac { Q } { Delta t }

Sendo m a massa, c o calor específico e Delta T a variação da temperatura da água, temos:

P = dfrac { m c Delta T } { Delta t } tag 1

Porém, a potência dissipada por um resistor ôhmico R submetido a uma tensão U é dada por:

P = dfrac { U^2 } { R } tag 2

Assim, das equações (1) e (2), temos:

dfrac { m c Delta T } { Delta t } = dfrac { U^2 } { R }

Logo,

U = sqrt{ dfrac { m c Delta T R } { Delta t } } tag 3

Assim, para que a mesma quantidade de água seja igualmente aquecida em 25% do tempo anterior mantendo-se o mesmo resistor, a equação acima se torna:

U' = sqrt{ dfrac { m c Delta T R } { Delta t' } }

Substituindo Delta t' = 25 % Delta t, temos:

U' = sqrt{ dfrac { m c Delta T R } { 25 % Delta t } }

U' = sqrt{ dfrac { m c Delta T R } { 0,25 Delta t } }

U' = sqrt{ dfrac 1 {0,25} } sqrt{ dfrac { m c Delta T R } { Delta t } }

U' = sqrt 4 sqrt{ dfrac { m c Delta T R } { Delta t } }

U' = 2 sqrt{ dfrac { m c Delta T R } { Delta t } }

Substituindo a equação (3), temos:

U' = 2 U

Ou seja, a tensão da bateria deve ser multiplicada por um fator de 2.

Portanto, a resposta correta é a alternativa (c).

A alternativa correta é letra D) 1 g.

Gabarito: LETRA D.

O gráfico do enunciado mostra a temperatura (em graus Celsius) no eixo vertical (y) em função da energia fornecida (em joules) no eixo horizontal (x). Observando a temperatura da água à medida que ela é aquecida, podemos identificar três regiões no gráfico:

1. Aquecimento do gelo sólido de -30°C até sua temperatura de fusão:

Nesta etapa, a energia fornecida aumenta a temperatura do gelo sólido, mantendo-o no estado sólido. Isso ocorre até atingir a temperatura de fusão do gelo, que é 0°C. A quantidade de energia fornecida nesse intervalo, indicada no gráfico como sendo 62,7 J, será responsável por aquecer o gelo sem promover mudança de fase.

2. Fusão do gelo:

Nesta etapa, a energia fornecida é utilizada exclusivamente para fundir o gelo em água. A temperatura permanece constante em 0°C até que todo o gelo tenha sido transformado em água líquida.

3. Aquecimento da água líquida:

Após fundir todo o gelo, a energia adicionada aumentará a temperatura da água líquida.

Observando o gráfico do enunciado, podemos verificar que a quantidade total de energia fornecida na região 2, que corresponde à fusão do gelo, equivale a 396-62 = 333,3 , J. Essa energia consiste no calor latente, que é igual à massa de água gerada após fundir todo o gelo multiplicada pelo calor latente de fusão, ou seja:

Q = m cdot L_f

Logo,

333,3 cancel J= m cdot 3,3 times 10^5 dfrac { cancel J } { kg }

m = dfrac { 333,3 }{3,3 times 10^5} , kg

m approx 1 times 10^{-3} , kg

m approx 1 , g

Portanto, a resposta correta é a alternativa (d).

A alternativa correta é letra C) a quantidade de energia perdida pelo corpo quente é igual à quantidade de energia ganha pelo corpo frio.

Gabarito: LETRA C.

Como os corpos estão isolados termicamente do ambiente, o calor é transferido do corpo quente para o corpo frio até que eles atinjam o equilíbrio térmico, sendo esse processo de transferência de calor regido pelo princípio da conservação de energia.

Isso significa que a quantidade de energia perdida pelo corpo quente na forma de calor é igual à quantidade de energia ganha pelo corpo frio. De acordo com o princípio da conservação de energia, a energia não é criada nem destruída durante esse processo de transferência térmica, apenas é transferida de um corpo para o outro.

Assim, vamos analisar cada uma das alternativas:

a)  suas respectivas variações de temperatura sempre são as mesmas. INCORRETA.

As respectivas variações de temperatura entre os dois corpos dependem das suas massas, capacidades térmicas e das quantidades de calor trocadas entre eles. Logo, a variação de temperatura do corpo frio pode não ser necessariamente igual à do corpo quente, pois isso dependerá das condições específicas do sistema.

b)  o aumento de temperatura do corpo frio é sempre maior, em módulo, que a queda de temperatura do corpo quente. INCORRETA.

Assim, como a anterior, essa afirmação também não é necessariamente verdadeira. O aumento de temperatura do corpo frio e a queda de temperatura do corpo quente podem ter magnitudes iguais ou diferentes, dependendo das propriedades específicas dos corpos e das quantidades de calor trocadas.

c)  a quantidade de energia perdida pelo corpo quente é igual à quantidade de energia ganha pelo corpo frio. CORRETA.

Como mencionado anteriormente, essa é uma consequência direta da conservação de energia no sistema isolado termicamente. 

d)  a quantidade de energia ganha pelo corpo frio é maior que a quantidade de energia perdida pelo corpo quente. INCORRETA.

Como vimos na alternativa anterior, a quantidade total de energia perdida pelo corpo quente deve ser igual à quantidade total de energia ganha pelo corpo frio, de acordo com o princípio da conservação de energia. Não pode haver criação nem destruição líquida de energia durante a transferência térmica.

Portanto, a resposta correta é a alternativa (c).